סטיוארט א' רייס (Stuart A. Rice)

סטיוארט א' רייס (Stuart A. Rice) זוכה פרס וולף בכימיה - 2011
סטיוארט א' רייס (Stuart A. Rice)

פרס וולף בכימיה ל- 2011

סטיוארט א' רייס

המחלקה לכימיה
אוניברסיטת שיקגו
שיקגו, ארה"ב

בחוקרם את טבעם של מוצקים אורגניים ופרופיל האנרגיה שלהם, מפולימרים ועד הֶתְקֵנִים הפועלים על בסיס אורגני, הלוכדים אנרגיה מהשמש ומאירים את דרכנו בחשיכה, אחראים החוקרים לפריצת הדרך התפיסתית והניסויית, שסייעה ליצירת שדה מחקר חדש של חומרים אורגניים.

מהעץ ועד חַטֵּי הנְיבְתָּן, ומהעִנְבָּר ועד הסוכר, חומרים מוצקים המבוססים על מולקולות אורגניות, כולם מעולם הטבע. התעניינותה של הקהילייה הכימית בחומרים כאלה החלה עוד בימיהם של האלכימאים. אולם היצירה של חומרים אורגניים חדשים, גילוי תכונותיהם והפיתוח של התקנים חדשים המבוססים על חומרים אורגניים אלו, היוו את אחד הפרקים המזהירים בתולדות הכימיה במאתיים השנים האחרונות.

פרופסור סטיוארט רייס (יליד 1932, ארצות-הברית) השפיע כמעט מכל הבחינות על התפתחותה של הכימיה הפיזיקאלית ועיצב את דרכיה להיקף ולעוצמה. הוא היה מנהיג ברוב תחומי המחקר של הפיזיקה הכימית. הישגיו של רייס בתחום המוצקים האורגניים הייתה המניע לעבודתו הראויה לציון על הדינמיקה של מולקולות בודדות ועל ההתנהגות במעברי פאזה. הדרך מכאן הובילה לעבודתו פותחת-העידן על בקרה פוטונית של ריאקציות כימיות. מחקריו המקוריים והחלוציים (הן בתיאוריה והן בניסוי) על תכונותיהם של מוצקים אורגניים סייעה להגדרה ולאפיון של מגוון התנהגויות, ולהולדתה וניסוחה של קבוצת מושגים קוהרנטית, כגון ההתנהגות של אֶקְסִיטוֹנִים, מעברים נעדרי-קרינה, בליעה ופליטה של אור בגבישים אורגניים, העברת מטען, דעיכה וִיבְּרַצְיוֹנִית פנים-מולקולרית, פיצול והיתוך של אקסיטונים, כוחות שחלוף של אקסיטונים ודינאמיקה של אקסיטוני טְרִיפְּלֶט במוצקים.

פרופסור צ´ינג טאנג (יליד 1947, הונג-קונג) יצר שניים משלושת התחומים הפעילים ביותר היום בחקר חומרים אורגניים, העוסקים בדִיוֹדוֹת אורגניות פולטות-קרינה (OLED, אוֹ-לֶד) ובתאים פוטו-ווֹלְטָאִיִים אורגניים (OPV, אוֹ-פִּי-וִי). בעבודה מרשימה זאת נעשה שימוש בכמה מהתובנות שאופיינו על-ידי רייס בגבישים אורגניים, כדי לייצר מבנים דמויי-דִיוֹדה שפיתוחם בהמשך (על-ידי טאנג ורבים אחרים) שינה את טבעם של מוצגים אופטיים. ב-2011 פרוס השימוש בהתקני או-לד ואו-פי-וי על פני תחום רחב, מהצגת אתגר למדע הבסיסי ועד לשיפורים בהנדסה ולשימושים בתעשייה. כל זה נובע מהתובנה המקורית של רייס, ומהשימוש שעשה טאנג בתובנה זו, כדי לטפל במבנים מרובי-מרכיבים העשויים לשמש כהתקני או-פי-וי ואו-לד. מאמרו המקורי של טאנג (ב-Applied Physics Letters 1987 ) על דִיוֹדוֹת אורגניות אלקטרו-לוּמִינֶסֶנְטִיוֹת ראוי לציון מיוחד בשל התובנה שגילה בצרפו זה לזה תהליכים נוגדים – כגון עירור פוטוני ולומינסנציה, הפרדת מטען ורקומבינציה, או הזרקה לאלקטרודות ופליטה מהן – לשם יצירת ההתקנים המהפכניים. טאנג היה גם חלוץ השימוש בתהליכים הפוכים, שבהם פוטונים הפוגעים בגביש אורגני יוצרים זוגות אלקטרונים וחורים הנודדים לאלקטרודות נגדיות ובכך יוצרים זרם חשמלי. זו הייתה הדוגמה המעשית הראשונה של תא פוטו-ווֹלְטָאִי סולארי המבוסס על חומרים אורגניים.

כדי להשתמש בחומרים אורגניים יש לייצרם קודם. פרופסור קז´ישטוף מטייאשבסקי (יליד 1950, פולין) ביצע מחקר פורץ-דרכים בסינתזה של חומרים אורגניים, ובמיוחד בתחום הקריטי של סינתזת פולימרים מבוקרת, יעילה ובטוחה. הוא המציא את תהליך הפולימריזאציה של רדיקלים על-ידי העברת אטומים (ATRAP–אֵייטְרֶפּ), מכשיר רב-שימושים ורב-עוצמה, והביא לידי יצירת דור שלם של פולימרים וקו-פולימרים.
המחקר של מטייאזשבסקי סיפק אמצעי לכוון כרצוננו את המאפיינים המבניים של שרשרות פולימרים על-ידי בקרה של שיעורי האתחול, ההתארכות של השרשרת והעיכוב של שבירתה. כך התאפשרה התפתחותן הסימולטנית של שרשרות פולימרים. מטייאזשבסקי המציא מערכות אתחול המופעלות על-ידי מערכות מִתְכָּלוֹת ובלתי-מזיקות כגון סוכרים וחומצה אַסְקוֹרְבִּית. בנוסף לפריצות-הדרך האקדמיות המתועדות, הייתה למחקר שלו השפעה עצומה על התעשייה, הודות לפשטותו של תהליך האייטרפ ויכולתו לייצר לפי דרישה מַקרו-מולקולות לשימושים חומריים בספציפיות וביעילות חסרות תקדים.